Аналого-цифровой преобразователь неэлектрических величин Советский патент 1988 года по МПК H03M1/52 

Изобретение относится к измерительной технике и системам управле- ния и может быть использовано в уст- ройствах измерения механических вели- чин, а также как устройство сопряжения первичных мостовых преобразователей с вычислительным комплексом.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех,

Ба фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя на фиг«2 - ,блока управления,

I Преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, блок 2 питания Датчика, мостовой датчик 3, масштаби- ;рующий усилитель 4, фазочувствитель- ный демодулятор 5, четыре токоогра- нигчивающих элементов 6-9, выполненных на резисторах, ключ 10, компаратор 11, D-триггер 12, тактовый генератор 13, элемент И 14, делитель 15, формирователь 16 временных интервалов, f элемент,. 17 задержки, первый, второй и третий счетчики 18-20 импульсов, формирователь 21 импульсов сброса, счетньм триггер 22, первый блок 23 сравнения, блок 24 задания порога скорости изменения измеряемой величи- ны, блок 25 обработки, регистр 26 ;знака, формирователь 27 результата, I второй блок 28 сравнения, блок 29 задания начального порога измеряемой величины, блок 30 управления, форми- рователь 31 пилообразного напряжения интегратор 32, блок 33 масштабирова- |ния, линеаризатор 34, регистр 35 на- iчальной нагрузки, вычитатель 36, пе- реключатель 37 дискретности выходно- го кода, элементы 38 ИЛИ, кнопку 39,

Блок управления содержит первый и второй инверторы 40 и 41, первый и второй элементы 42 и 43 И,

Преобразователь работает следую- щим образом.

Мостовой датчик 3 питается от источника 1 опорного напряжения через блок 2 питания датчика, который формирует парафазное напряжение, полярность которого переключается один ра за цикл измерения,

Усиленный сигнал разбаланса датчика 3 через масштабный усилитель 4, фазочувствительный демодулятор 5 и резистор 6 подается на вход интегра- тора 32, Знак коэффициента передачи блока 5 переключается одновременно с полярностью напряжения питания дат

Q

0

чика под действием выходного сигнала делителя 15 частоты. Опорный сигнал интегратора 32 формируется от источника 1 через резисторы 8 и 9 при помощи ключа 10, Компаратор 11 и D- триггер 12 образуют традиционную схему формирования импульсов управления ключом 10 в устройствах с импульсной обратной связью. Элемент 14 И разрешает прохождение на счетчики 18-20 через элемент 17 задержки выходной частоты триггера 12 за время измерения, сформированное формирователем 16 временных интервалов. Формирователь 21 импульсов сброса производит очистку счетчиков 18-20 перед поступлением в них выходной частоты триггера 12, Информация в счетчик 18 заносится в течение всего времени измерения, а в счетчики 19 и 20 - поочередно в течение двух равных частей этого времени. Очередностью занесения информации в них управляет счетный триггер 22, вход которого подключен к промежуточному выходу формирователя 16 временных интервалов, а прямой и инверсный выходы - к управляющим входам указанных счетчиков (при наличии на этом входе разрешающего сигнала информация заносится в счетчик, в противном случае занесение информации блокируется).

Записанные в счетчиках 19 и 20 промежуточные значения выходной частоты .триггера 12 сравниваются первым блоком 23 сравнения. При попадании разности этих значений в зону, задаваемую блоком 24, блок 23 выдает сигнал разрешения на управляющий вход формирователя 27 результата,

С выходов счетчика 18 накопленное в нем число импульсов поступает в блок 25 обработки, где обрабатывается по следующему алгоритму: отмасшта- бирования с нужной дискретностью в блоке 33 информация линеаризуется (например, по методу кусочно-линейной аппроксимации) в блоке 34, По управляющему сигналу регистра 35 начальной нагрузки, приходящему на установочный вход блока 25 обработки, информация с выхода блока 34 может быть з анесена в регистр 35 начальной нагрузки. Выходная информация блоков 34 и 35 подается на входы вычитателя 36, осуществляющего вычитание из общей нагрузки значения нулевой нагрузки. Разность этих величин поступает

на входы формировате:тя 27 регистра 26 знака соответственно, причем занесение информации в формирователь возможно только при наличии на уггравля- ющем входе этого регистра разрешающего сигнала, поступающего с выхода первого блока 23 сравнения.

Выходная информация формирователя 27 подается на вход второго блока 28 сравнения, где она сравнивается с начальным порогом измеряемой величины, задаваемым блоком 29. При попадании значения информации, внутрь зоны нуль порог блока 29 блок 28 сравнения вы- дает разрешающий сигнал блоку 30 управления. Аналогичный сигнал подается на этот блок при появлении в регистре 26 знака информации о наличии отрицательной величины (в этом случае по установочному сигналу, поступающему на блок обработки, одновременно осуществляется перепись информации из блока 34 в регистр 35, т.е. корректируется значение начальной на- грузки).

При наличии на первом входе блока 30 управления разрешающего сигнала от блока 28 сравнения блок 30 включает формирователь 31 пилообразного . напряжения, который через резистор 7 выдает дополнительный ток на вход интегратора 32.

Полярность этого зависит от наличия или отсутствия на втором входе блока 30 управления выходного сигнала от регистра 26 знака: при наличии сигнала от блока 26 выходное напряжение блока 31 увеличивается, а при отсутствии - уменьшается. Под воздей- ствием дополнительного тока на выходе интегратора регистр 26 и формирователь 27 стремятся установиться в состояние, соответствующее нулевой нагрузке (т.е. нули в формирователе 27 и состояние, соответствующее знаку плюс в регистре 26). При ненагружен- ном датчике (т.е. при наличии разре- шакяцего сигнала с блока 28) величина выходного напряжения блока 31 рыскает в пределах единицы младшего разряда индикации, периодически пилообразно увеличиваясь и уменьшаясь.

5 о 5

о

Q

5

5

0

на котором сто застало окончание разрешающего сигнала от Олока 28,

При наличии изменений входной величины со скоростью, больи1ей скорое- - ти дрейфов элементов преобразователя, работа системы коррекции аддитивных помех блокируется запрещающим сигналом на выходе блока 23, так как при этом запрещается передача информации в форм11рователь 27 результата.

В случае превышения значением информации формирователя 27 порога, задаваемого блоком 29, блок 28 сравнения через блок 30 запрещает изменение напряжения на выходе блока 31 (т.е. нулевое значение фиксируется).

При необходимости ручного изменения начальной нагрузки при нажатии на кнопку 39 ручной установки через элемент 38 И разрешается перепись содержимого блока 34 в регистр 35 блока 25 обработки.

Для предотвращения нежелательных изменений информации вблизи нулевого уровня (внутри зоны порога начальной нагрузки, т.е. в неинформационном участке диапазона работы) переключатель 37 дискретности выходного кода блокирует изменение информации в младших разрядах формирователя 27 результата (число этих разрядов обычно составляет 1 десятичный или 4 двоичных;) .

Таким образом, при работе вне зоны порога, задаваемого блоком 29, работа устройства аналогична работе прототипа. При нулевой нагрузке на датчик медленные дрейфы напряжения смещения демодулятора и интегратора компенсируются по мере натекания отклонения от нулевых показаний. При быстром изменении измеряемой величины работа компенсатора прекращается и не возобновляется до момента успокоения в разгруженном состоянии.

Такое построение преобразователя позволяет устранить аддитивные неин- формативные воздействия (Уход нуля), т.е. повысить точность измерения входной механической величины.,

Формула изобретения

Изобретение относится к измерительной технике и системам управления и может быть использовано как устройство сопряжения первичных мостовых преобразователей с вычислительным комплексом. В преобразователь, содержащий источник 1 опорного напряжения. блок 2 питания датчика, мостовой датчик 3, масштабирующий усилитель 4, фазочувствительньй демодулятор 5, резисторы 6, 8, 9, интегратор 32, компаратор 11, D-триггер 12, элемент И 14, ключ 10, тактовый генератор 13, делитель 15 частоты, формирователь 16 временных интервалов, счетный триггер 22, формирователь 21 импульсов сброса, элемент 17 задержки, счетчик импульсов 18, формирователь 27 результата, с целью повышения точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех, введены второй и третий счетчики 19 и 20 импульсов, первый и второй блоки 23 и 28 g сравнения, блок 24 задания порога скорости изменения измеряемой величины, блок 25 обработки,регистр 26 знака,блок 29 задания начального порога измеряемой величины, блок 30 управления, формй- ; рователь 31 пилообразного напряжения, четвертый резистор 7, переключатель 37 дискретности выходного кода, эле мент ИЛИ 38, кнопка 39. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. „р СО Фаг.1

При отсутствии разрешающего сигна- 1. Аналого-цифровой преобразовала от :блока 28 блок 30 останавливает тель неэлектрических величин, содержащий мостовой датчик, первьш и второй выходы измерительной диагонали

работу формирователя 31 пилообразного напряжения, выходное напряжение коTODoro фиксируется на том уровне.

которого подключены соответственно

к первому и второму входам масштабирующего усилителя, а первый и второй входы диагонали питания соединены соответственно с первым и вторым выходами блока питания, вход опорного напряжения которого объединен с первым выводом первого токоограничиваю- щего элемента, выполненного на резисторе, и подключен к выходу источника опорного напряжения, управляющий вход блока питания объединен с одноимен- . ным входом фазочувствительного демодулятора, информационный вход которого соединен с выходом масштабирую- щего усилителя, а выход подключен к первому выводу второго токоограничи- вающего элемента, выполненного на резисторе, второй вывод которого объединен с первым выводом третьего то- коограничивающего элемента, выполненного на резисторе, и соединен с входом интегратора, выход которого через компаратор подключен к D-входу D- триггера, С-вход которого объединен с первы м входом элемента И, входом делителя частоты и соединен с выходом тактового генератора, второй вход элемента И объединен с управляющим входом ключа и подключен к выходу D-триггера, информационньй вход ключа является шиной нулевого потенциала, а выход соединен с вторыми выводами первого и третьего резисторов, третий вход элемента И подключен к первому выходу формирователя временных интервалов, вход которого соединен с выходом делителя частоты, информаци- Ьнный вход первого счетчика подключен к выходу элемента задержки, формирователь импульса сброса, формирователь результата, счетный триггер, отличающийся тем, что, с целью повьгагения точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех, в него введены формирователь пилообразного напряжения, четвертый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, второй и третий счетчики импульсов, первый и второй блоки сравнения, блок задания начального порога ,скорости изменения измеряемой величины, блок управления, блок задания начального порога измеряемой величины, регистр знака, элемент ИЛИ, кнопка, блок обработки, выполненный на последовательно соединенных блоках масштабирования, линеа- ризаторе, вычитателе и регистре на

5

0

5

0

5

0

5

чальнон нагрузки, входы данных и ходы которого соединены соответственно, с соответствующими выходами лине- аризатора и вторыми входами вычита- теля, выходы блока задания начального порога скорости изменения измеряемой величины соединены с соответствующими первыми входами первого блока сравнения, вторые и третьи входы которого подключены соответственно к соответствующим информационным выходам второго и третьего счетчика импульсов, информационные входы которого объединены и подключены к выходу элемента задержки, установочные входы первого, второго и третьего счетчиков импульсов объединены и подключены к выходу формирователя импульсов сброса, вход которого подключен к первому выходу формирователя временных интервалов, вход которого объединен с управляющим входом блока питания датчика, а второй выход соединен с входом счетного триггера, прямой и инверсный выходы которого .соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего счетчиков импульсов, первый и второй входы формирователя пилообразного напряжения подключены соответственно к первому и второму выходам блока питания датчика, первый вьшод четвертого резистора соединен с входом интегратора, а второй вывод подключен к выходу форшфователя пилообразного напряжения, третьи входы которого соединены с соответствующими выходами блока управления, выходы блока задания начального порога измеряемой величины соединены с соответствующими первыми входами второго блока сравнения, выход переключателя дискретности выходного кода соединен с входом переключателя дискретности формирователя результата, а вход объединен с первым входом блока управления и подключен к выходу второго блока сравнения, второй вход блока управления объединен с первым входом элемента ИЛИ и подключен к выко ду регистра знака, вход которого объединен с входом формирователя результата и соединен с соответствующими выходами вычитателя, информационные входы блока масштабирования соединены с соответствующими информационными выходами первого счетчика импульсов, а установочный вход регистра

начальной нагрузки подключен к выходу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом кнопки, управляющий вход формирователя результата подключен к выходу первого блока сравнения, а выходы соединены с соот- ветствукяцими вторыми входами и второго блока сравнения и являются выходной шиной,

2, Преобразователь по п.1, о т - личающийся .тем, что блок управления выполнен на первом и вто,УВеличе ие

2

.t/ffcat t//f

ром элементах И и первом и втором инверторах, выходы-первого и второго элементов И и периого инвертора являются соответствую цими выходами блока управления, первые входы первого и второго элементов И объединены с входом первого инвертора и являются первым входом блока управления, второй вход второго элемента И соединен с выходом второго инвертора, вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и является вторым входом блока управления.

От Вл. 28 О

От /f.6

) -

Риг.2